Análisis interno de los cartuchos de Super Nintendo

Here is a summary of the key points from the article on Super Nintendo cartridges, translated into Korean and organized using Markdown syntax:

Estructura interna de los cartuchos de Super Nintendo

• Los cartuchos de juegos de Super Nintendo podían incluir, además de instrucciones y assets en el chip ROM, otros elementos adicionales.
  • Dentro del PCB también se podían encontrar el chip de protección contra copias CIC, SRAM e incluso un "procesador de mejora de rendimiento".

CIC (protección contra copias)

• El mecanismo de protección contra copias del SNES funciona mediante la comunicación sincronizada entre dos chips, uno en la consola y otro en el cartucho.
• Si el CIC de la consola detecta un comportamiento anómalo, reinicia todos los procesadores.

ROM: instrucciones y assets

• Antes, el tamaño de la ROM del juego se indicaba en bits en lugar de bytes (por ejemplo, The Legend of Zelda 3 era de 8Mb).
• El juego de mayor capacidad es Star Ocean (48Mb), mientras que clásicos como Super Mario World usan solo una ROM de 4Mb.
• El autor organizó estimaciones del uso de ROM de 3,378 títulos en un CSV creado por él mismo.

SRAM (función de guardado)

• Algunos juegos ofrecían función de guardado de progreso usando un chip SRAM y una batería.
• Cuando la consola se apagaba, la SRAM cambiaba a un modo de bajo consumo para reducir el gasto de batería.

Procesador de mejora de rendimiento (Enhancement Processor)

• El más famoso es el Super FX (alias "MARIO", "GSU-1"), usado en Star Fox en 1993.
• En Wikipedia y snescentral.com hay una lista completa de los juegos de SNES que usaron chips de mejora de rendimiento.
  • En total, se usaron 13 tipos de chips en 72 juegos.

SA-1

• El "Super Accelerator 1" es el MVP de los chips de mejora de rendimiento y se usó en 34 cartuchos.
  • Usa el mismo CPU 65C816 que la consola, pero funciona 4 veces más rápido, a 10.74Mhz.
  • Tiene 2KB de SRAM y un CIC integrado.
• El SA-1 tiene 3 modos de operación (aceleración, procesamiento en paralelo y procesamiento mixto). En la configuración más potente, mejora el rendimiento total del sistema 5 veces.
• En la comunidad de retro gaming, se usa el SA-1 para mejorar la jugabilidad de juegos antiguos que sufrían de ralentizaciones, como Mario World, Gradius 3 y Contra 3.

CX4

• El CX4 es un desarrollo de Capcom y se usó en Mega Man X2 y X3.
  • Proporciona a la VRAM renderizado 3D wireframe, varias operaciones y funciones de escalado/rotación de sprites.
• Es famoso por el efecto wireframe, pero en realidad se usa para todo el procesamiento de sprites del juego, permitiendo mostrar más sprites sin parpadeo en pantalla.

Otros Enhancement Processor

• CS-DD1: chip de descompresión de sprites. Se usó en 2 juegos.
• Serie DSP: usada en 16 juegos. Ofrece multiplicación rápida de 16 bits e instrucciones como sin/cos.
• OBC-1: usado en 1 juego. (solo hay especulaciones relacionadas con manipulación de sprites)
• S-RTC: ofrece función de reloj en tiempo real. Se usó en 1 juego.
• SPC7110: chip de descompresión de datos. Se usó en 3 juegos.
• ST-010, ST-011, ST-018: chips de SETA orientados a mejorar IA. Cada uno se usó en 1 o 2 juegos.

SUPERFX (GSU-1, GSU-2)

• El GSU-1 se usó en 5 juegos, incluido Star Fox.
  • Funciona a 10.74Mhz y, con una caché de instrucciones de 512 bytes, puede operar sin dejar sin recursos al CPU del SNES.
• Mientras que el PPU del SNES está centrado en tiles y sprites, el SuperFX está especializado en renderizado de píxeles y rasterización de polígonos.
  • Normalmente renderiza en el framebuffer del cartucho y transfiere el resultado a la VRAM durante el VSYNC.
• El GSU-2 es básicamente un GSU-1 funcionando a velocidad completa de 21.47Mhz. Se usó en 3 juegos, como Yoshi's Island y Doom.
• En la comunidad de SNES hay proyectos en curso para mejorar juegos antiguos usando GSU-1 y GSU-2.

Chips de mejora de rendimiento y emuladores

• Los chips de mejora de rendimiento mejoraron mucho la experiencia de juego y redujeron costos para las publishers, pero después se volvieron un dolor de cabeza para los desarrolladores de emuladores.
  • Algunos juegos dependían de chips inusuales y no pudieron emularse correctamente sino hasta 2012.
• Para los emuladores fue necesario mucho trabajo de ingeniería inversa sobre estos chips.
  • Los chips con ROM interna (basados en ARM) requieren proporcionar archivos BIOS al emulador.
• Incluso en 2020, la emulación de algunos chips raros seguía sin completarse.

Opinión de GN⁺

• Los chips de mejora de rendimiento son un caso interesante dentro de la historia del diseño de hardware y del desarrollo de videojuegos. Destacan por la variedad de ideas y esfuerzos para exprimir al máximo un hardware limitado.
• Desde la perspectiva actual del desarrollo de emuladores, pueden ser una molestia, pero en ese momento fueron una forma efectiva de elevar la calidad de los juegos y ahorrar costos de desarrollo.
• Casos similares en la industria incluyen varios chips adicionales del Sega Mega Drive/Genesis (SVP, Sega Virtua Processor, etc.) y la ranura para memory cards de Neo Geo.
• Este tipo de chips de expansión suele aparecer en la etapa final del ciclo de vida de una consola, como un intento por superar las limitaciones del hardware. Al mismo tiempo, también marca un período de transición hacia el lanzamiento de una nueva consola.
• Resulta llamativo que en la comunidad de retro gaming existan proyectos para mejorar el rendimiento de juegos antiguos. Puede verse como una reinterpretación moderna de esos juegos, manteniendo viva la intención de sus creadores originales.

[GN⁺]

Comentarios de Hacker News

• Los cartuchos de las consolas antiguas podían conectarse directamente al bus, de forma similar a las tarjetas de expansión PCI de una PC, lo que permitía implementar diversas funciones. Sin embargo, después de la GBA pasaron a usarse solo para almacenar datos.
• Con tecnología moderna, sería posible incorporar al cartucho un chip de ray tracing o un chip de expansión MSU1, entre otros, para mejorar enormemente el rendimiento de la consola. Incluso, en teoría, también sería posible fabricar físicamente esos chips.
• El CPU de la SNES normalmente funciona a 3.58MHz, pero al usar algunos cartuchos SlowROM de bajo costo la velocidad baja a 2.68MHz. También hay una comunidad de modding que intenta mejorar esto mediante parches.
• La protección contra copias de la SNES funcionaba sincronizando los chips CIC de la consola y del cartucho, pero podía evadirse fácilmente con dispositivos de respaldo.
• Que los desarrolladores de juegos de antes compartieran detalles técnicos en formato de blog ofrece una densidad de información mayor que los videos de YouTube.
• Super Mario World es una obra maestra que metió una gran variedad de personajes, sprites y escenarios en apenas 360KB.
• Si se combinara el sistema de chips de expansión de la SNES con tecnología moderna, también sería posible lograr gráficos más avanzados. El chip SuperFX tenía su propio framebuffer y luego copiaba el contenido a la VRAM.
• La persona que hizo el port de Doom para SNES lo desarrolló todo mediante ingeniería inversa, sin documentación del chip GSU ni del código fuente de Doom.
• Una parte importante del precio de los juegos en el pasado era el costo de fabricar el cartucho. Hoy en día, distribuir juegos casi no tiene costo.
• En Yoshi's Island se observan caídas de frames en ciertas situaciones.
• La capacidad de los juegos se definía en potencias de 2 para ajustarse al tamaño del chip ROM. No está claro de dónde sale la cifra exacta de bytes que aparece en el documento.
• Los chips de expansión de SNES permitieron juegos que superaban ampliamente el rendimiento base de la consola. En particular, el chip SA-1 ofrecía un desempeño cuatro veces mayor que el CPU principal.
• Los juegos no oficiales usaban varios trucos para evadir la protección contra copias, como exigir que se insertara un cartucho original.
• Analizar la correlación entre la capacidad de los juegos y otros factores podría ofrecer observaciones interesantes sobre el desarrollo de juegos para SNES.